JP4372064B2 - 自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器およびその製造方法 - Google Patents
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Description
(1) 自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器(コモンレール)のレール本体に、等圧で燃料を分配するための複数の分岐通路からエンジンの燃焼室に挿入する噴射ノズルへの配管を取り付ける配管取付部品(ホルダー)を液相拡散接合等で接合した、溶接式コモンレールであって、前記ホルダーは、配管側の円筒部とレール本体側端部の部分円錐状の裾部(テーパー部)からなり、該ホルダー裾部は、ホルダーの接合面側の端部外周のホルダー軸方向長さ2mm以上にわたる範囲に、ホルダー円筒部側面から10°以上の角度を有して接合面端部に向かって部分円錐状に広がる形状を有し、前記レール本体は、ホルダー接合位置にホルダー接合位置決定用溝(ガイド溝)を有し、該ガイド溝は、ホルダー接合部内周と嵌合可能な径の溝内周壁と、ホルダーとの接合面となる溝底面と、ホルダー裾部と平行で、溝底面から2mm以上の深さの、ホルダー側に向かって内側に張り出す部分円錐形状の溝外周壁とからなり、前記ホルダー裾部と前記レール溝外周壁との間の、接合面に平行な間隔で0.5mm以上の間隙に、塑性変形を受けて圧入された金属製リングを有し、これにより冷間にて接合面に恒久的に圧縮応力が負荷されていることを特徴とする、自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。
(2) 前記金属製リングの降伏強度が100MPa以上、500MPa以下であることを特徴とする、上記(1)に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。
(3) コモンレールに内圧が負荷され、ホルダーを引き抜く力が作用したときに発生する金属製リングとレール本体またはホルダーとの間の摩擦抵抗および金属製リングの塑性変形圧入後の剛性の合力に起因する引き抜き時の弾性限が、内圧発生によって接合部に負荷される最高応力以上であることを特徴とする、上記(1)または(2)に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。
(4) 自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器(コモンレール)のレール本体に、等圧で燃料を分配するための複数の分岐通路からエンジンの燃焼室に挿入する噴射ノズルへの配管を取り付ける配管取付部品(ホルダー)を液相拡散接合等で接合する、自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法であって、前記ホルダーは、外形形状を、配管側の円筒部とレール本体側端部の部分円錐状の裾部からなり、該ホルダー裾部は、ホルダーの接合面側の端部外周のホルダー軸方向長さ2mm以上にわたる範囲に、ホルダー円筒部側面から10°以上の角度を有して接合面端部に向かって部分円錐状に広がる形状となるように加工し、前記レール本体は、ホルダー接合位置にホルダー接合位置決定用溝(ガイド溝)を、ホルダー接合部内周と嵌合可能な径の溝内周壁と、ホルダーとの接合面となる溝底面と、ホルダー裾部と平行で、溝底面から2mm以上の深さの、さらには、ホルダー裾部との間の、接合面に平行な間隔で0.5mm以上の間隙を隔てて、ホルダー側に向かって内側に張り出す部分円錐形状の溝外周壁とからなるように加工した後、前記ホルダーと前記レール本体を液相拡散接合等で接合し、さらに、所定の熱処理を施した後、ホルダー円筒部外径と同一あるいはさらに0.5mm以内のクリアランスを加えた内径を有し、かつ、0.5mm以上の厚さを有する金属製リングを、前記ホルダー裾部とレール溝外周壁の間隙に塑性変形させて圧入することを特徴とする、冷間にて接合面に恒久的に圧縮応力が負荷される自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法。
(5) 前記金属製リングの高さを、前記ガイド溝の深さと同一か、あるいはそれ以上の高さとすることを特徴とする、上記(4)に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法。
(1)レールとホルダーは別に製造した簡易形状の部品であって、一体成形したものではない。
(2)レールとホルダーは液相拡散接合等の面接合で継ぎ手を形成することで母材と同等の引張り強度で接合される。ここの溶接に際しては、ホルダーの軸心とレールのオリフィス部分を高精度で連結し、メタルシールで配管を接続する際の燃料漏れを防止するためにレールへホルダーを位置ずれなく正確に接合するためのガイド溝3を設ける。ガイド溝の深さはその機能から2mm以上とする。これ以下の深さではホルダー軸心がメタルシールで連結する配管の軸心と大きくずれてしまい、締結の際に締め付けが達成できなかったり、部分的に燃料が漏洩して圧力損失が生じ、燃料噴射機能が十分でなくなる場合があることを実験的に確認した。
(3)ホルダーの接合端から2mm以上の高さまで、10°以上のテーパーを有する裾広がりの形状を有することが特徴で、この傾斜面に対抗するレール本体の溝は傾斜に平行な逆テーパーを有しており、この斜めの溝にリングを圧入する。
(4)圧入の応力はリング材質に応じて負荷すれば良く、降伏耐力以上の応力でリングが間隙に図3左のように圧入されていく。リング材質としては降伏耐力を目安に実験を実施したが、100MPa以下の降伏耐力ではホルダーに発生した内圧応力負荷時の引き抜き応力、実験時の最大内圧2000気圧から計算される応力200MPa未満でリングが塑性流動してホルダーが抜けることから、降伏応力下限は100MPaとした。また、上限値には特別な規制となるものはないが、あまりにも高い場合は圧入時の塑性変形が生じがたく、かえってレールまたはホルダーが塑性変形する場合があり、リングが継ぎ手に残留応力を付与できない場合があったため、上限値を500MPaに限定した。ホルダーとレールの強度を高めれば上限値は特に規制されるものではない。
(5)リング圧入はホルダーとレールの間隙を完全に充填するまで実施する。充填の確認はリングの高さと溝の深さを予め計算・測定しておき、リングが完全に溝底に達したと考えられる深さまで圧入すればよい。このとき、リング高さが溝深さよりも低い場合は、該方法による圧入完了の確認ができないばかりか、実質的に完全に圧入を確認できない。
(6)圧入の実際と圧入の応力の関係は、リング圧入後に断面を切断して確認し、(5)の圧入条件で十分であることを確認した。
(7)ホルダーとレールの接合は十分な接合条件を選択し、非破壊検査にて欠陥検出を実施すれば工業的な安全係数を用いて特性を保証することができる。しかし、非破壊検査で検出できない小さな欠陥、あるいは探傷子から入射される超音波の波長に比較して極めて小さな欠陥、さらには溶接方法起因の種々の微小欠陥や溶接割れを見逃す場合を100%保証することは難しい。該接合部に要求される特性は、内圧変動時に生じる接合面と垂直な繰り返し引張り応力であり、その蓄積による疲労破壊が最も予測しがたく、かつ部品設計において最重要保証項目となる。これを防止する目的で接合部に圧縮残留応力を負荷すべく本発明ではリングを圧入して、接合面と垂直な方向への残留応力の分力を与えて内圧疲労環境における疲労条件を緩和する事が本発明の目的とするところである。ただし、完全な疲労破壊の防止の為には配管をメタルシールで締結する際に発生する残留引張り応力と、それに負荷される内圧変動に起因する繰り返し引張り応力よりも本発明によって接合部に負荷する圧縮残留応力が勝っていることが必要である。内圧が高くなったとしても、圧縮残留応力を、締結引張り応力と内圧起因のホルダーの最大引き抜き応力の和が超えることがなければ接合部には引張り応力が発生することは恒久的に無い。すなわち、コモンレールに内圧が負荷され、ホルダーを引き抜く力が作用したときに発生する金属製リングとレールまたはホルダーとの間の摩擦抵抗およびリングの塑性変形圧入後の剛性の合計応力が勝り、常に接合面の応力が圧縮側であれば良い。
1’ 配管取付部品(ホルダー)円筒部
1” 配管取付部品(ホルダー)裾部
2 レール本体
3 ホルダー接合位置決定用溝(ガイド溝)
3’ ホルダー裾部とガイド溝外周壁との間隙
4 金属製リング(圧入前)
5 ホルダーの軸心位置
6 ホルダー端部の裾部高さ
7 ホルダー端部の裾部テーパー角度
8 レール側ガイド溝のホルダー裾部対向部位
9 金属製リング(圧入後)
10 リングの厚さ
11 リングの高さ
Claims (5)
- 自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器(コモンレール)のレール本体に、等圧で燃料を分配するための複数の分岐通路からエンジンの燃焼室に挿入する噴射ノズルへの配管を取り付ける配管取付部品(ホルダー)を液相拡散接合等で接合した、溶接式コモンレールであって、前記ホルダーは、配管側の円筒部とレール本体側端部の部分円錐状の裾部(テーパー部)からなり、該ホルダー裾部は、ホルダーの接合面側の端部外周のホルダー軸方向長さ2mm以上にわたる範囲に、ホルダー円筒部側面から10°以上の角度を有して接合面端部に向かって部分円錐状に広がる形状を有し、前記レール本体は、ホルダー接合位置にホルダー接合位置決定用溝(ガイド溝)を有し、該ガイド溝は、ホルダー接合部内周と嵌合可能な径の溝内周壁と、ホルダーとの接合面となる溝底面と、ホルダー裾部と平行で、溝底面から2mm以上の深さの、ホルダー側に向かって内側に張り出す部分円錐形状の溝外周壁とからなり、前記ホルダー裾部と前記レール溝外周壁との間の、接合面に平行な間隔で0.5mm以上の間隙に、塑性変形を受けて圧入された金属製リングを有し、これにより冷間にて接合面に恒久的に圧縮応力が負荷されていることを特徴とする、自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。
- 前記金属製リングの降伏強度が100MPa以上、500MPa以下であることを特徴とする、請求項1に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。
- コモンレールに内圧が負荷され、ホルダーを引き抜く力が作用したときに発生する金属製リングとレール本体またはホルダーとの間の摩擦抵抗および金属製リングの塑性変形圧入後の剛性の合力に起因する引き抜き時の弾性限が、内圧発生によって接合部に負荷される最高応力以上であることを特徴とする、請求項1または2に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器。
- 自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器(コモンレール)のレール本体に、等圧で燃料を分配するための複数の分岐通路からエンジンの燃焼室に挿入する噴射ノズルへの配管を取り付ける配管取付部品(ホルダー)を液相拡散接合等で接合する、自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法であって、前記ホルダーは、外形形状を、配管側の円筒部とレール本体側端部の部分円錐状の裾部からなり、該ホルダー裾部は、ホルダーの接合面側の端部外周のホルダー軸方向長さ2mm以上にわたる範囲に、ホルダー円筒部側面から10°以上の角度を有して接合面端部に向かって部分円錐状に広がる形状となるように加工し、前記レール本体は、ホルダー接合位置にホルダー接合位置決定用溝(ガイド溝)を、ホルダー接合部内周と嵌合可能な径の溝内周壁と、ホルダーとの接合面となる溝底面と、ホルダー裾部と平行で、溝底面から2mm以上の深さの、さらには、ホルダー裾部との間の、接合面に平行な間隔で0.5mm以上の間隙を隔てて、ホルダー側に向かって内側に張り出す部分円錐形状の溝外周壁とからなるように加工した後、前記ホルダーと前記レール本体を液相拡散接合等で接合し、さらに、所定の熱処理を施した後、ホルダー円筒部外径と同一あるいはさらに0.5mm以内のクリアランスを加えた内径を有し、かつ、0.5mm以上の厚さを有する金属製リングを、前記ホルダー裾部とレール溝外周壁の間隙に塑性変形させて圧入することを特徴とする、冷間にて接合面に恒久的に圧縮応力が負荷される自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法。
- 前記金属製リングの高さを、前記ガイド溝の深さと同一か、あるいはそれ以上の高さとすることを特徴とする、請求項4に記載の自動車用高圧燃料噴射蓄圧分配器の製造方法。
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